Что такое сонар


Не многие в своей жизни слышали интересные слова. И одним из таких слов на сегодняшний день является слово сонар (sonar). В самом начале статьи уже можно сделать вывод, что данное слово не является словом русского происхождения. Ведь если бы это было русское слово, то наверняка его бы слышали чаще. И так, разберем значение слова СОНАР и его происхождение.

Если открыть обычные словари, то увидим, что сонар это аббревиатура и состоит из таких английских слов, как «SOund Navigation And Ranging». Если обратиться к переводчику, то дословный перевод будет таким «Звук Навигации И Начиная». Но смысловой перевод будет не много другим, и обратимся к Википедии: «сонар – это средство обнаружения предметов или объектов в воде при воздействии на них акустического излучения». Т.е. сонар – это то же самое, что и куда более известное слово ГИДРОЛОКАТОР. С одним значением слова сонар понятно.

Сонар в музыке. В музыке существует такая программа, как Cakewalk SONAR. Предназначена она для записи, редактирования видео или музыки. Почему в названии использовалось слово сонар, да потому что создатели программы хотели показать, что работа будет проводиться со звуком. И кстати здесь слово SONAR, используемо то же, как аббревиатура вышеуказанная.


Сонар в медицине. В медицине существует уникальный прибор Sonar vision. Функция этого прибора заключается в том, что он преобразует изображения в звук. И можно сделать вывод, что предназначен данный прибор для слепых.

Сонары в рыбалке. Каждый рыбак наверняка знает, что такое сонар. Ведь сонар (эхолот) на рыбалке используется для определения рыбы в водоеме. Сущность такая же, как и у гидролокатора.

Из приведенных примеров можно сделать вывод, что слово «сонар — sonar» — это аббревиатура нескольких слов, но вошло в лексикон, как самостоятельное слово и означает обнаружение предметов с помощью звуковых излучений. И в настоящее время большое количество производителей техники или приборов, а также программ используют слово «сонар» в названии своего продукта. К примеру: в данное время есть автомобильные шины Sonar. Но не понятно почему здесь использовано это слово. Если есть предположения, то напишите в комментариях.

chtooznachaet.ru

История появления слова «сонар»(sonar)


Что такое сонар


лия,что бы более внятно донести перевод этого словосочетания на русский язык.
Для этого зайдем на Википедию и посмотрим,что же там написано:
«Сонар — является техническим средством для обнаружения объектов или предметов в воде при воздействии на них особых звуковых волн».

Что такое сонар  Второе значение слова сонар
Сонар используют в музыке.Для создания необходимых музыкальных композиций многие используют прекрасную программу Cackewalk Sonar.Вы спросите,а какая связь этой программы с техническим устройством?
Связь есть,видимо создатели этой полезной программы решили показать,что в названии,что она предназначена для работы со звуком.

Что такое сонар  Третье значение слова сонар
В медицине есть специальный прибор Sonar Vision,который предназначен для слепых граждан.Он с помощью чувствительных датчиков звуковыми сигналами показывает невидящему человеку,как далеко он находиться от препятствия.


Что такое сонар  Четвертое значение слова сонар

На сегодняшний день создано огромное количество разнообразных моделей «сонаров»,которые используют рыбаки,что бы облегчить себе задачу в рыбной ловле.Другое название сонара — эхолот,который знает,каждый рыбак.У эхолота точно такие же функции,как и у гидролокатора.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод,что слово «сонар»(sonar) это аббревиатура,которая вошла в русскую разговорную речь и похоже навсегда останется в ней.Это слово обозначает нахождение предметов в толще воды при помощи узконаправленных звуковых волн.
Поскольку это слово в настоящее время стало весьма модным,многие фирмы стали использовать слово «сонар» в названии своих изделий.
Например такое имя присвоено шинам «Sonar».
Правда встает вопрос зачем называть резиновые шины этим словом.Какая связь между звуковыми волнами и каучуком?

  • Категория: Слова

непроявленный-мир.рф

Сонары

Сонар — средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения. Слово «сонар» происходит от англ. «sound navigation and ranging».

  • Принцип действия
  • Природа звука под водой
  • Обработка сигналов
  • Характеристики сонаров
  • Преобразователи
  • Угол излучения преобразователя
  • Состояние воды и дна
  • Применение сонара

Принцип действия

По принципу действия сонары делятся на активный и пассивный.

  • Пассивные — позволяющие определять место положения подводного объекта по звуковым сигналам, излучаемым самим объектом (шумопеленгование)
  • Активные — использующие отражённый или рассеянный подводным объектом сигнал, излучённый в его сторону сонаром
Рис. 1. Принцип действия сонара
Рис. 1. Принцип действия сонара

Электрический импульс от передатчика превращается преобразователем в звуковую волну, которая распространяется в водной среде. Когда звуковая волна встречает на своем пути какое-либо препятствие, то часть ее отражается и возвращается обратно к преобразователю. Преобразователь превращает отраженную звуковую волну в электрический импульс, который усиливается приемником и выводится на дисплей. Так как скорость звука в воде постоянна (примерно 1500 м/с), то, измеряя время между отправкой сигнала и возвращением отраженного эха, можно определить расстояние до найденного объекта.

Природа звука под водой

Вода, в отличие от воздуха, имеет свойство распространять звуковые колебания на большие расстояния, в этом причина использования звуковых волн под водой. Электромагнитные волны не используются, так как они распространяются лишь на небольшие расстояния.

На распространение звуковых волн в водной среде влияют факторы:


  • частота и амплитуда звуковой волны
  • температура
  • соленость
  • глубина воды
  • расстояние распространения звука
  • другие факторы — неоднородности в воде, участки с турбулентностью, состояние поверхности воды, тип дна

Средняя скорость звука в воде – 1480 м/с, граничные скорости: от 1450 до 1540 м/с.

Обработка сигналов

  • 1. Генератора синусоидальных импульсов. Генератор состоит из двух компонентов: усилитель, выход которого подключен к собственному входу («положительная обратная связь»), из-за чего происходят колебательные отклонения сигнала; электрический фильтр, внутри которого находятся катушки индуктивности и конденсаторы, сопротивление которых зависит от частоты подаваемого сигнала. На определенных частотах сопротивление возрастает, что препятствует прохождению сигнала
  • 2. Группа фильтров. Они занимаются амплитудным и фазовым затенением, формированием направления и формы пучка
  • 3. Сигнал подается на усилитель и на антенну, где он преобразуется в звуковые колебания.

    лучаемый звуковой сигнал называется импульсом. Импульс движется к исследуемому объекту, отражается от него и возвращается назад к сонару. Сонар в это время находится в пассивном режиме и ожидает возвращения импульса, который снова переводится в электрический сигнал. Длительность импульса должна быть меньше времени, за которое импульс движется от сонара к цели и обратно, иначе на приемнике результат будет суммироваться с исходящими волнами

Еще раз рассмотрим фильтры и процессы, которые сигнал проходит после до того, как будет излучен антенной.

Квадратурная модуляция

Чем выше частота звука (соответственно, меньше длина волны), тем выше разрешающая способность сонара (более мелкие элементы могут быть обнаружены). С другой стороны, высокая частота несет меньше энергии в каждом колебании, поэтому оно подвергается большему воздействию шума, и отношение сигнал-шум уменьшается.

Рассмотрим одно отдельное колебание. Оно несет в себе максимум и минимум своей амплитуды. Информацию при этом передает максимум амплитуды, а минимум фактически не используется. Если дублировать исследуемый сигнал, сместить его по фазе на 90 градусов и сравнить с исходным, то максимум второго сигнала окажется на одном уровне с минимумом первого. Если передавать одновременно в одном канале эти два сигнала, их частоты останутся прежними, однако информационная насыщенность возрастет в 2 раза, так как передающий информацию максимум амплитуды будет встречаться в 2 раза чаще. Такая одновременная передача двух сигналов называется квадратурной модуляцией.


Эффект Доплера

Эффект изменения частоты звука при движении называется эффектом Доплера. Эффект Доплера для электромагнитных волн существенно отличается от наблюдаемого в воздухе, так как для электромагнитных волн отсутствует какая-либо среда-посредник, являющаяся третьей стороной в контакте приемника и передатчика волны.

Согласующий фильтр

Принятый сигнал сравнивается с исходным. В согласующем фильтре сигнал не только делится на фрагменты и сравнивается, но и суммируется с исходным сигналом, что позволяет уменьшить количество шумов, которые испытал на себе сигнал во время движения к цели и обратно. Здесь же первично оцениваются искажения сигнала и производится определение причины искажений.

Быстрое преобразование Фурье

В синусоиде, которая представляет сигнал, информация повторяется много раз. После преобразования Фурье эти повторения информации исчезают. Быстрое преобразование Фурье позволяет выполнять преобразование с меньшим количеством вычислений.

Что происходит с сигналом по прибытии на антенну:

  • 1. Предварительный усилитель и фильтр полосы частот
  • 2. Автоматическая регулировка усиления
  • 3. Квадратурная демодуляция
  • 4. Фильтр сглаживания и преобразование в цифровой вид
  • 5. Переход в согласующий фильтр (компрессия импульса, описанные выше действия; компенсация движения, микро-навигация, автофокус, искусственные методы повышения разрешения)
  • 6. Обработка изображения (формирование частей изображения, объединение их, программируемые обнаружение и классификация целей)

  • 7. Вывод на экран монитора

Характеристики сонаров

Общие требования к системе:

Передатчик большой мощности

Большая мощность передатчика гарантирует возможность получения четкого эхосигнала даже с больших глубин и при плохом состоянии воды и позволяет рассмотреть мелкие детали подводного мира.

Эффективный преобразователь

Прибор должен быть способен не только проводить сигналы высокой мощности, поступающие от передатчика, он должен преобразовывать электрическую волну в звуковую с минимальными потерями. Преобразователь должен распознавать и преобразовывать самое слабое эхо.

Чувствительный приемник

Приемник работает с сигналами в широком диапазоне. Он должен подавлять сигналы большой амплитуды во время работы передатчика и усиливать слабые электрические сигналы, которые возникают, когда возвращающийся эхосигнал достигает преобразователя. Приемник также должен обеспечивать четкую видимость на экране близкорасположенных целей, разделяя для этого электрические импульсы.

Экран с высоким разрешением и контрастностью

Экран должен иметь высокое разрешение, а также обладать высокой контрастностью. Это позволяет разглядеть на экране дугообразные эхосигналы и различные мелкие объекты, расположенные под водой.


Все части системы должны быть спроектированы для совместной работы при любых погодных условиях и при любых температурах.

Рабочая частота сонаров

Для большинства случаев как в пресной так и соленой воде частота 192 кГц дает лучшие результаты. На этой частоте лучше видны мелкие детали, с ней сонар лучше работает на мелководье и в движении, на экране получается меньше «шума» и нежелательных эхосигналов. На частоте 192 кГц достигается лучшее разрешение.

Но в определенных ситуациях лучше использовать частоту 50 кГц. Так, например, излучение сонара, работающего на частоте 50 кГц (при тех же условиях и при той же мощности), способно проникать на большую глубину, чем излучение на частоте 192кГц. Это связано со способностью воды поглощать звуковую энергию, имеющую разные частоты. Коэффициент поглощения для высоких частот больше, чем для низких. Поэтому частота 50 кГц используется в основном на больших глубинах. Угол расходимости звуковых волн при использовании частоты 50 кГц больше, чем у излучателей, работающих на частоте 192 кГц. Широкий угол обзора полезен при движении судна на мелководье, имеющем большое количество подводных скал и рифов.

Таб. 1 Разница между частотами 192 кГц и 50 кГц
192 kHz 50 kHz
мелководье большие глубины
узкий угол излучения узкий угол излучения
лучшее разрешение и разделение объектов меньшее разрешение
меньшая подверженность шумам больше шумовых помех

Преобразователи

Преобразователь является «антенной» сонара. Звуковые волны уходят от преобразователя и, распространяясь в воде, достигают какого-либо препятствия и затем, отражаясь, возвращаются обратно к преобразователю. Преобразователь выполняет две функции: преобразование электрической энергии в звуковую (излучатель) и обратно — звуковой в электрическую (приемник). Когда отраженная звуковая волна попадает на преобразователь, то он превращает ее в электрический сигнал, который поступает в приемно-усилительный блок сонара.

Каждый преобразователь может работать только на одной определенной частоте и эта частота должна совпадать с частотой, на которой работают передатчик и приемник сонара. Кроме того, преобразователь должен быть рассчитан на работу с той мощностью, которая развивается передатчиком, и при этом он должен преобразовывать в звуковую энергию максимальную часть поступающей в него электрической энергии. В то же время преобразователь должен быть достаточно чувствительным, чтобы регистрировать очень слабые возвращающиеся эхосигналы. Все это должно иметь место для одной определенной частоты (192 или 50кГц), в то время как эхосигналы других частот должны отфильтровываться.

Угол излучения преобразователя

Звуковые волны распространяются от преобразователя (излучателя-приемника) в определенном направлении. Когда звуковой импульс удаляется от преобразователя, то, чем больше становится расстояние, тем большую площадь охватывает этот импульс. Если изобразить распространение звуковых волн, то получится конус, вследствие чего появился термин «угол конуса», характеризующий расходимость звукового излучения. По оси конуса мощность звуковых волн максимальна, а по мере удаления от оси она постепенно уменьшается до нуля.

Рис. 2. Сигнал сонара, посланный с лодки
Рис. 2. Сигнал сонара, посланный с лодки

Чтобы определить значение величины угла конуса для определенного преобразователя, необходимо сначала измерить мощность излучения по оси конуса, а затем сравнить его со значениями, полученными в разных точках при удалении от оси. Далее нужно найти ту точку, в которой мощность излучения будет равна половине максимального значения (-3 db). Угол между линией, проведенной из вершины конуса через точку половинного значения мощности с одной стороны от оси и аналогичной линией с другой стороны оси, и будет искомым углом конуса.

Преобразователи с рабочей частотой 192 кГц выпускаются как с узким углом конуса, так и с широким. Преобразователи с широким углом конуса следует применять в большинстве случаев на пресноводных водоемах. В то время как преобразователи с узким углом следует применять во всех случаях рыбалки на море. Излучатели с рабочей частотой 50 кГц обычно имеют углы конуса в диапазоне от 30 до 45 градусов.

Угол эффективного конуса — это область внутри конуса излучения, эхосигналы из которой видны на экране эхолота. Увеличение уровня чувствительности увеличивает эффективный угол, позволяя видеть объекты, которые находятся гораздо дальше по сторонам.

Состояние воды и дна

На работу сонара оказывает влияние то, в какой воде он используется. В чистой пресной воде звуковые волны распространяются хорошо, а вот в соленой воде звук поглощается сильнее, к тому же он рассеивается на многочисленных взвешенных в морской воде частицах. Рассеиванию сигналов сонара способствуют содержащиеся в морской воде микроорганизмы, такие как мелкие водоросли и планктон. В пресной воде тоже есть течения и микроорганизмы, но их влияние на работу сонара значительно меньше.

Грязь, песок и водная растительность на дне сильно поглощают сигналы сонара, ослабляя тем самым отраженный сигнал, который формирует на экране линию дна. Камни, сланцы, кораллы и другие твердые объекты хорошо отражают сигналы сонара. Это различие заметно на экране сонара: мягкое дно, например, илистое, дает на экране тонкую линию. Твердое каменистое дно дает на экране широкую линию.

Применение сонара

Сонар имеет множество применений. Подводные лодки используют сонар для обнаружения других судов. Технологию применяют для измерения глубин (эхолот). Эхолот измеряет время, необходимое для звукового импульса, чтобы достичь дна водоема и вернуться обратно. Рыболовные суда используют эхолот или гидролокатор для поиска стай рыб.

Рис. 3. Внешний вид эхолота
Рис. 3. Внешний вид эхолота

Океанографы используют сонар, чтобы отобразить контуры дна водоема.

Сонары также используются при поиске нефти на суше. Это помогает определить места бурения, которые, скорее всего, содержат природные ресурсы (сейсморазведка).

В медицине используется особый вид сонара — УЗИ (ультразвуковое исследование) или эхоскопия. Звуковые волны разной частоты производят различное эхо при отражении от разных органов тела. Врачи научились использовать эти сигналы, чтобы определять заболевания или контролировать развитие ребенка в утробе матери.

Звуковые волны очень высокой частоты используют в медицине и промышленности для чистки поверхностей от мельчайших инородных частиц.

learnc.info

СОНАР [от англ. so(und) na(vigation) and r(anging) — звуковая навигация и определение дальности] , 1) гидролокация. 2) Гидролокатор. Термин «сонар» встречается в переводной научно-технической литературе.
Гидролока́тор, или сона́р, (англ. sonar, аббревиатура от SOund Navigation And Ranging) — средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения. В Великобритании до 1948 г. использовалось название «асдик» (англ. ASDIC, аббревиатура от Allied Submarine Detection Investigation Committee).
По принципу действия гидролокаторы бывают:
Пассивные — позволяющие определять место положения подводного объекта по звуковым сигналам, излучаемым самим объектом (шумопеленгование) .
Активные — использующие отражённый или рассеянный подводным объектом сигнал, излучённый в его сторону гидролокатором.
Активный гидролокатор «Асдик» в его первоначальной примитивной форме был изобретён в конце первой мировой войны. Основной принцип его действия остался неизменным до настоящего времени. Однако за прошедшие годы эффективность гидролокатора значительно возросла, расширились масштабы его использования, а также увеличилось число классов кораблей, с которых он мог применяться для проведения поиска и атак подводных лодок противника.
Основу составляет приёмопередатчик, который посылает звуковые импульсы в требуемом направлении, а также принимает отражённые импульсы, если посылка, встретив на своём пути какой-либо объект, отразится от него. Эти посылки и отражённые сигналы после преобразования звучат очень похоже на то, как произносится слово «пинг» . Поэтому его стали называть «пингсетом» (англ. ping set), работу на нём назвали «пингинг» (англ. pinging), а офицера-специалиста по противолодочной борьбе — «пингер» (англ. pinger).
Вращая приёмопередатчик подобно прожектору, можно определить по компасу направление, в котором послан «пинг» , а следовательно, и направление объекта, от которого «пинг» отражён. Заметив промежуток времени между посылкой импульса и приёмом отражённого сигнала, можно определить расстояние до обнаруженного объекта.

otvet.mail.ru